平衡二叉搜索树(AVL)旋转

简介: 平衡二叉搜索树(AVL)旋转

单独开一章节介绍 RotateL 、 RotateR 及更复杂的 LR 和 RL 型旋转,更多是为了红黑树的旋转部分做铺垫;由于 AVL 树和红黑树发生旋转的判断标准不同 —— 分别为平衡因子和节点的颜色,两棵树左旋和右旋的在细节上会有一些差异,但从整体来看,二者的精神一致。


定义节点

    template <class K, class V>
    struct AVLTreeNode
    {
        AVLTreeNode* _left;
        AVLTreeNode* _right;
        pair<K, V> _kv;
        AVLTreeNode* _parent;
        int _bf;

        AVLTreeNode(const pair<K, V>& kv)
            :_left(nullptr)
            ,_right(nullptr)
            ,_kv(kv)
            ,_parent(nullptr)
            ,_bf(0)
        {}
    };

关于如何快速记忆什么时候为左旋、右旋、或左右旋、或右左旋,有一个小技巧:

当左树更高,需要向右调整高度,此时右旋;

当右树更高,需要向左调整高度,此时左旋 … …

一、新节点插入较高左子树的左侧 —— 引发右单旋

  void RotateR(Node* parent)
    {
        Node* ppnode = parent->_parent;
        
        Node* subLeft = parent->_left;
        Node* subLeftR = subLeft->_right;
        
        parent->_left = subLeftR;
        if (subLeftR)
            subLeftR->_parent = parent;
        subLeft->_right = parent;
        parent->_parent = subLeft;
        
        if (ppnode == nullptr)
        {
            _root = subLeft;
            subLeft->_parent = nullptr;
        }
        else 
        {
            subLeft->_parent = ppnode;
        }
        // 调整平衡因子
        parent->_bf = 0;
        subLeft->_bf = 0;
    }
二、新节点插入较高右子树的右侧 —— 引发左单旋

  void RotateL(Node* parent)
    {
        Node* ppnode = parent->_parent;
        
        Node* subRight = parent->_right;
        Node* subRightL = subRight->_left;
        
        parent->_right = subRight;
        if (subRight)
          subRight->_parent = parent;
        subRight->_left = parent;
        parent->_parent = subRight;
        
        if (ppnode == nullptr)
        {
            _root = subRight;
            subRight->_parent = nullptr;
        }
        else 
        {
            subRight->_parent = ppnode;
        }
        
        parent->_bf = 0;
        subRight->_bf = 0;
    }
三、新节点插入较高左子树的右侧 —— 引发左右双旋

根据旋转之前 subLeftR 的平衡因子,来决定旋转后各节点的平衡因子。

  void RotateLR(Node* parent)
    {
        Node* subLeft = parent->_left;
        Node* subLeftR = subLeft->_right;
        int bf = subLeftR->_bf; // 记录旋转前的平衡因子
        
        RotateL(subLeft);
        RotateR(parent);
        
        if (bf == -1)
        {
            parent->_bf = 1;
            subLeft->_bf = subLeftR->_bf = 0;
        }
        else if (bf == 1)
        {
            subLeft->_bf = -1;
            parent->_bf = subLeftR->_bf = 0;
        }
        else 
        {
            parent->_bf = subLeft->_bf = subLeftR->_bf = 0;
        }
    }
四、新节点插入较高右子树的左侧 —— 引发右左双旋

  void RotateRL(Node* parent)
    {
        Node* subRight = parent->_right;
        Node* subRightL = subRight->_left;
        
        int bf = subRightL->_bf;
        
        RotateR(subRight);
        RotateL(parent);
        
        if (bf == 1)
        {
            parent->_bf = -1;
            subRight->_bf = subRightL->_bf = 0;
        }
        else if (bf == -1)
        {
            subRight->_bf = 1;
            parent->_bf = subRightL->_bf = 0;
        }
        else 
        {
            parent->_bf = subRight->_bf = subRightL->_bf = 0;
        }
    }
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